Способ регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя

(594 Н 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ 1 ТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Донецкий политехнический институт(53) 621.314.27-83 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР У 720662, кл. Н 02 Р 13/16, 1979.Авторское свидетельство СССР У 1026273, кл. Н 02 Р 7/42, 1983. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЗЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов. Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питания электродвигателя. При регулировании частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя предлагаемым способом в обмотках статора формируется трехфазная система напряжений пониженнойчастоты, отличающейся от частоты питающей сети в целое число раз с порядком чередования фаз, соответствующим порядку чередования фаз модулирующего напряжения. При соотношениичастоты сети и выходной частоты преобразователя=Г/Ю 2 п+1 обеспечивается внутрифазовая симметрия выходного напряжения ( тока) при максимальном заполнении кривой выходноготока фаз обмоток электродвигателя.При этом улучшается гармоническийсостав кривой тока электродвигателя,уменьшается его нагрев при работе напониженных частотах вращения за счетснижения амплитуды импульсов момента. Управление согласно способу позволяет исключить предшествующие ипоследующие трехфаэному однофазныережимы работы двигателя при работена пониженных частотах вращения,что улучшает энергетические показатели электродвигателя, 7 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано вэлектроприводах общепромьппленныхмеханизмов,Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем исключения асимметрии напряжения питанияэлектродвигателя.1На фиг.1 показана структурнаясхема устройства., реализующего спо.соб регулирования частоты вращенияасинхронного электродвигателя; нафиг.2 " блок распределения импульсовуправления; на фиг,З - счетное устройство и формирователь импульсовзапрета; на фиг.4 - блок задания иредукции частоты вращения; на фиг.5 формирователь модулируницих напряже-,ний; на фиг.6 и 7 - временные диаграммы напряжений и импульсов управления, иллюстрирующие способ регулирования частоты вращения, а такжеработу устройства, реализующего способ. 25Устройство (фиг.1) содержит реверсивный тиристорный коммутатор,состоящий из пяти пар встречно-параллельно соединенных тиристоров 1-10,соединяющих выводы 11-13 фаз статорной обмотки асинхронного электродвигателя 14 с клеммами 15-17 питающейсети так, что вывод 11 первой фазыстаторной обмотки двигателя 14 через тиристоры 1 и 2 соединен с первой клеммой 15 питающей сети, причемк выводу 11 подключены катод тиристора 1 и анод тиристора 2. Вывод 12второй фазы статорной обмотки двигателя 14 через тиристоры 5-8 соединен 40,с второй 16 и третьей 17 клеммамипитающей сети так, что к выводу 12подключены катоды тиристоров 5 и 7и аноды 6 и 8, а к клемме 16 - катодтиристора 6 и анод тиристора 5, к. 45клемме 17 " катод тиристора 8 и анодтиристора 7. Вывод 13 третьей фазыстаторной обмотки двигателя 14 соединен через тиристоры 3, 4, 9 и 10также с второй 16 и третьей 17 клеммами питающей сети, причем к выводу13 подключены катоды тиристоров 3и 9 и аноды тиристоров 4 и 10, а кклеммам 16 и 17 - соответственнокатод тиристора 10 и анод тиристора 9.Устройство содержит также блоки18-20 импульсно-фазового управления,блок 21 распределения импульсов управления, блок 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета,блок 23 задания и редукции частотывращения, блок 24 формирования модулирующих напряжений, блок 25 реверса, блок 26 выходных усилителей. Приэтом блоки 18-20 системы импульсно-фазового управления первыми входами соединены соответственно с клеммами 15-17 питающей сети, вторыевходы блоков 18-20 предназначеныдля подачи сигнала задания амплитуды, а выходы их подключены к соответствующим входам блока 21 распределения импульсов управления, управляющие входы и входы запрета которого соединены соответственно с первыми выходами блока 24 формированиямодулирующих напряжений, с выходамиблока 22 счетного устройства и формирования импульсов запретаБлок 23 задания и редукции частоты вращения соединен выходами с управляющими входами блока 24 модулирующих напряжений и блока 22 счетного устройства и формирования импульсов запретаПервый вход блока 23 соединен с одним из первых вьмодов блока 24, второй вход блока 23 пред" назначен для подачи сигнала задания частоты, а третий вход блока 23 соединен с вторым выходом блока 24 формирования модулирующих напря" жений, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета. Входы синхронизации блока 24 формирования модулирующих напряжений соединены соответственно с клеммами 15-17 питающей сети. Выходы блока 21 распределения импульсов управления соединены с входами блока 25 реверса, выходы которого соединены с выходами блока 26 выходных усилителей, выходы которого подключены к сост" ветствующим управляющим электродам тиристоров 1-10.Блок 21 распределения импульсов управления 1 фиг.2) состоит из элементов 2 И 27-33, элементов 2 ИЛИ 34 и 35, 2 ИИИЛИ 36, ЗИИИЛИ 37, 2 ИИИЛИ 38, ЗИИИЛИ 39, ЗИИ 2 ИЛИ 40, 2 ИИИЛИ 41, ЗИИИЛИ 42, 2 И"1 ИИЛИ 43, элементов 2 И 44- 53.Блок 22 счетного устройства и формирования импульсов запрета ( фиг.З)состоитиэ счетчика 54 с дешифратором, КБ-триггера 55, элементов ЗИЛИ56 и 57,4 ИЛИ 58, элемента. И 2-2 И 2 И-ЗИЛИ-НЕ 59, счетчика 60 с дешифратором, элементов 2 И-НЕ 61 и 62,элементов 2 ИИИ-ЗИЛИ - НЕ 63 и 64,Блок 23 задания и редукции частоты вращения ( фиг.4 )состоит из дифференцирующих цепочек 65 и 66, 10-канального коммутатора 67, элементаЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИ-ЗИОИЛИ-НЕ 68, счетчика 69 с дешифратором.Блок 24 формирования модулирующихнапряжений ( фиг.5 ) состоит из компараторов 70-75 ( 70,72.,74 - неинвертирующие, 71, 73, 75 - инвертирующне) 1 элемента 2 ИЛИ-НЕ 76, элемента 2 ЙЛИИЛИИЛИИ 7, управляемого делителя 78 частоты, кольцевогораспределителя 79,На фиг.1-7 обозначены сигналы задания частоты 11, амплитуды П иреверса 11,; 11,11 , 11 - модулирующие напряжейия; 11 ,11,11 и Гфазные напряжения н частота питающей сети 0, 11 , 11 соответственно напряжения обмоток статора дви. гателя; Й щ Й - с - временные интервалы выходного напряжения низкойчастоты (д - индекс соответствующегоинтервала);- импульсы запретас индексом 1, соответствующим номеру тактового импульса на интервале. зфф т ффответствующие задаййому коэффициенту редукции частоты2 п+1;у - у - сигналы управления с индекосами, соответствующими номерам тиристоров (фиг.1); 11 ,0 ,0 - прямосд ф сВф ссугольные импульсы синхронизации, соответствующие напряжениям сети 11дф08, О,Устройство, реализующее способуправления частотой вращения электродвигателя, работает следующим образом.Каждому значению напряжения задания частоты 11 (положению коммутатора 67 блока 23 задания и редукциичастоты соответствует фиксированныйкоэффициент снижения входной частоты 1 . На клеммы 15-17 подаютсяфазные напряжения питающей сети 0,0,0 с.Компараторами 70-75 блока 24го напряжения сети снятие импульсовс выходов элементов 44-53,30 фазные напряжения сети подаютсятакже на входы синхронизации блоков18-20 импульсно-фазового управления,которые вырабатывают по две последо- .вательности импульсов, сдвинутых35 на полпернода частоты сети, и реализуют принцип вертикального управления. Изменение фазы выходных импульсов осуществляется посредством управляющего напряжения 11,.40 Выходные импульсы управления блоков 18 и 20 через элементы 34 и 35(фиг.2), где суммируются взаимойнверсные последовательности импульсов,в соответствии с модулирующим напря 45 жением 11, 0,дчерез блок 25 реверсаи блок 26 выходных усилителей поступают на управляющие входы тирнсторов1 и 2. Выходные импульсы блоков 18 и20 поступают также на входы элемен 50 тов И элементов 36 - 43 (фиг.2). Спомошью элементов 28, 29 и 27 определяются интервалы, когда совпадаютполярности модулирующих напряжений1 м д и 11(1 е 11 щО и 11 рсф 11 уц н 11 мсф55 Если полярности 118 и 0 различны,то импульсы унравлейия с выходовблока 19 через элементы 30 и 31 посту ают на входы вторых, элементов И 5 10 15 20 25 формирования модулирующих напряжений ( фиг.5 ) они преобразуются в систему прямоугольных импульсов 11 д,Цс АБс11 се11 с,с 11 с с, соответствующих положительной полуволнефазных напряжений (11 , 0 ,О11 , 11 ). Здесь полученные сйгналыс,фсуммируются (на элементе 77) дляполучения сигнала частоты 6 Е , который поступает на вход управляемогоделителя 23. Выходной сигнал делителя 78 6 Е /О поступает на распределитель 79 с коэффициентом деленияшесть, с выхода которого снимаетсятри пары взаимоннверсных потенциальных логических модулирующих снг.налов Б ,11 , У Б , 11(1выходной частоты ГК . Каждая парамодулирующих напряжений сдвинутаво времени относительно друг другана 1/3 периода выходной частоты Е.В соответствии с модулирующиминапряжениями в блоке 21 обеспечивается распрецеление импульсов посоответствующим каналам распределите"ля и циклическое с частотой выходно 1376209элементов 36-43. Если полярности 0и У различны, а совпадают полярности Бмя и Бмв,бюи Ьи, то соответствующие выходные импульсы блоков 185 20 суммируются на элементах 36-43 и через элементы 46-53 блоки 25 и 26 поступают на управляющие входы тиристоров У 5, 77, Уб, 78, УЗ, 79, 74, 710. При наличии сигнала ревер са Ур выходы элементов 46 - 53 меняются местами.Снятие управляющих импульсов осуществляется в элементах 36-40,42 подачей сигналов нулевого уровня на вторые входы соответствующих элемен-. тов И. Эти сигналы (импульсы запрета) формируются в блоке 22 ( фиг.З). Счетчик 54 с дешифратором работает в режиме счета до шести, деля пери од выходного напряжения на шесть одинаковых интервалов, чему соответствуют последовательности импульсов д на соответствующих -ых выходах дешифратора. КЯ-триггер. 55 обеспечи вает формирование импульса, соответствующего интервалу с 1, поскольку каждый шестой импульс на входе счетчика устанавливает дешифратор в исходное - нулевое состояние. Выбор со" 30 ответствующего заданному значениюинтервала д осуществляется элементами 56 - 59, при этом на выходе элемента 59 появляется положительный уровень напряжения, воздействующий на вход К счетчика 60, разрешая тем самым счет тактовых импульсов Б с,. При этом формируются Ц-последовательности импульсов на соответствующих 1-ых выходах дешифратора. Для 40 каждого значения 1 с помощью элементов 61-64 осуществляется формирование импульса запрета , соот 14ветствующего.определенному временному интервалу, 45Синхронизация работы схемы с сетью осуществляется на первой рабочей частоте, на первом выходе ком" мутатора 67 ( фиг.4 ) сигнал положительного уровня напряжения, который поступает на второй вход первого элемента И элемента 68. Поскольку счетчик 69 с дешифратором до подачи импульса управления на тактовый вход находится в исходном состоянии 55 на первый вход первого элемента И элемента 68 также подан положительный уровень сигнала. При появлении короткого синхроимпульса с выхода дифференцирующей цепочки 65 на третьем входе первого элемента И элемента 68 на тактовом входе счетчика 69 появляется отрицательный короткий импульс, а на первом выходе дешифратора импульс, соответствующий рПри изменении частоты вращения коммутатор переводится в следующее положение, и процесс формирования импульса, соответствующего заданному коэффициенту редукции, осуществляется аналогичным образом, Переход на каждую последующую частоту осуществляется по окончании периода предыдущей, чему соответствует короткий импульс с выхода дифференцирующей цепочки 66.С помощью предлагаемого способа в обмотках статора формируется трехфазная система напряжений Б,Б ,11 (фиг.б и 7) пониженной частоты, от" личающейся от частоты питающей сети в целое число раз с порядком чередования фаз, соответствующим порядку чередования фаз модулирующего напряжения, При выборе соотношения частот сети и выходной, равным 1 = Г /й2 п+1, обеспечивается внутрифазовая симметрия выходного напряжения ( тока 1 при максимальном заполнении кривой выходного тока фаз обмоток двигателя. При этом для достижения тех же электромагнитных моментов появляется возможность включать тиристоры на меньших углах отпирания, т.е. при меньших амплитудах импульсов тока, что благоприятно сказывается на гармоническом составе тока асинхронного двигателя, его нагреве и работе на пониженных частотах за счет снижения амплитуды импульсов момента,На участках кривой напряжения низкой частоты д ,д . поочередное подключение фаз Ь и с обмоток статорасоответственно к фазе В и С сети,тогда как первая фаза обмотки подключена к фазе А сети, позволяетисключить предшествующие и последующие трехфазному - однофазные режимыработы, что улучшает энергетическиепоказатели работы электропривода.формула изобретенияСпособ регулирования частоты вра- щения трехфазного асинхронного электродвигателя с реверсивным тиристорным коммутатором в статорной цепи надесяти тиристорах, при котором длятиристоров формируют соответственно первое, второе и третье модулирующие напряжения понюкенной частоты,образующие трехфазную систему, соответствующую заданной частоте вращения электродвигателя, подают управляющие импульсы для тиристоров анодной группы при положительной поляр- Оности соответствующих модулируняцихнапряжений, а для тиристоров катодной группы при отрицательной полярности модулирующих напряжений, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с 15целью улучшения энергетических показателей путем исключения асимметриинапряжения питания электродвигателя,частоту модулирующих напряжений задают в соотношении Г /Е =2 п+1, где 20Г- частота напряжения сети, аи = 1,2,3, синхронизируют началоположительной полуволны первого модулирующего напряжения по началуположительной полуволны напряжения 25первой фазы сети, формируют первуюи вторую последовательности импульсов, соответствующие положительнойи отрицательной полуволнам для каждого из трех фазных напряжений сети, формируют управляющие импульсыдля первого тиристора из первой ивторой последовательностей импульсовсоответственно первого и третьегофазных напряжений сети, для второготиристора из второй и первой последовательностей импульсов соответственно первого и третьего фазныхнапряжений сети, сравнивают полярности второго и третьего модулирую 40щих напряжений, при несовпадении ихформируют управляющие импульсы длятретьего, восьмого, девятого, шестого тиристоров из первой последовательности импульсов, соответствующих 45второму фазному напряжению сети, адля пятого, десятого, седьмого, четвертого тиристоров из второй после"довательности импульсов, соответстВующих второму фаэному напряжению : 50сети, одновременно сравнивают поляр-.ности первого и второго модулирующихнапряжений, при несовпадении их формируют дополнительные управляющиеимпульсы для четвертого и пятоготиристоров из первой последовательности импульсов соответственно первого и третьего фазных напряжений сети, для третьего и шестого тиристоров из второй последовательности импульсов соответственно первого итретьего фазных напряжений сети,срав-,нивают полярности первого и третьегомодулирующих напряжений, при несовпадении их формируют дополнитель-ные управляющие импульсы для десято-,го и седьмого тиристоров из первойпоследовательности импульсов соответственно первого и третьего фаэных напряжений сети, а для девятогои восьмого тиристоров иэ второй последовательности импульсов соответственно первого и третьего фаэныхнапряжений сети, причем для значенийчастот модулирующего напряжения, заданных соотношением й /й " 61-1,где 1 с = 1,2,3, при совпаденииполярности первого и второго модулирующих напряжений определяют иисключают из управляющих первый импульс, соответствующий первой иливторой последовательности импульсовсоответственно для второго фазногонапряжения сети, для значений час"тот, заданных соотношением Г И ==61+1, при совпадении полярностейвторого и третьего модулирующихнапряжений определяют первый импульс, соответствующий первой последовательности импульсов соответственно первого фазного напряжения иисключают его из управляющих тиристоров в третьей фазе обмотки двигателя, для значений частот, в заданных соотношением Г И = 31,при совпадении полярностей первого ии третьего модулирующих напряженийопределяют импульс с порядковым номером 3 (2 Е), соответствующий .первой или второй последовательности импульсов соответственно для второго фазного напряжения сети, иисключают его из управляющих для ти.ристоров в третьей фазе обмотки дви-гателя,для перехода с одной фиксированной частоты вращения электродвигателя на другую определяют моментизменения полярности первого модулирующего напряжения и в этот моментизменяют значение частоты модулирующего напряжения.1376209 Составитель С.Позднедактор М.Бланар Техред А.Кравчук Корре ароши 796/54 Тираж 58 ВНИИПИ Государственнопо делам изобретений 13035, Москва, Ж, Р аказ одписно о комитета .СССРи открытийушская наб,д.4/5 изводственно-полиграФическое предприятие, г,ужгород, ул, Проектная,